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1、 第第2章章 8086微处理器微处理器主要内容：主要内容：2-1 8086的内部结构的内部结构2-2 8086的引线的引线2-3 8086操作和时序操作和时序2-4 8086存储器组织存储器组织2-5 80286Pentuum简介简介 第二章第二章 小结小结第二章第二章 习习 题题学学 习习 目目 的的 通过对本章的学习，您应该能够达到下 列要求：4描述描述8086的编程结构的编程结构4说明说明8086CPU的工作特点的工作特点4了解了解8086CPU的引线的引线4分析分析8086CPU基本总线周期时序基本总线周期时序重重 点点48086CPU的的编程结构，编程结构，总线接口单元和总线接口单元
2、和执行单元的动作管理执行单元的动作管理48086CPU的引线的引线48086CPU基本总线周期各个基本总线周期各个T状态的作用状态的作用 存储器与存储器与I/O接口的读写时序接口的读写时序难难 点点48086的寄存器结构以及时序的寄存器结构以及时序2.1 8086的内部结构的内部结构 概概 述述 8086内部寄存器，为内部寄存器，为16位。位。1、8086有有16位数据据线，与地址线位数据据线，与地址线A0-A15兼用；兼用；20位数据线位数据线,寻址空间达到寻址空间达到1MB.2、8088有有8位数据线，与地址线位数据线，与地址线A0-A7兼用；兼用； 引脚引脚28、34信号，功能与信号，功
3、能与8086稍有不同。稍有不同。 2-1-1 8086的内部结构的内部结构 8086CPU内部结构分成两部分内部结构分成两部分:4总线接口部件总线接口部件BIU: 总线接口单元总线接口单元BIU，负责控制存贮器读写负责控制存贮器读写。4执行部件执行部件EU: 执行单元执行单元EU从指令队列中取出指令并执行从指令队列中取出指令并执行。4特点特点： 取指部分和执行指令部分分开进行，提高了速取指部分和执行指令部分分开进行，提高了速度。度。外外部部总总线线内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志
4、寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件 （EU)总线接口部件总线接口部件 （BIU)16位位20位位16位位8位位执行部件总线接口部件通用寄存器通用寄存器四个专用寄存器个专用寄存器SP：堆栈指针堆栈指针，其内容与堆栈段寄存器SS的 内容一起，提供堆栈操作地址。 BP：基址指针基址指针：构成段内偏移地址的一部分. SI:（Source Index）：）：SI含有源地址意思,产 生有效地址或实际地址的偏移量。 DI:（Destination Index）：）：DI含有
5、目的意思, 产生有效地址或实际地址的偏移量。算术逻辑单元算术逻辑单元ALU：主要是加法器。大部分指令主要是加法器。大部分指令的执行由加法器完成。的执行由加法器完成。标志寄存器标志寄存器：16位字利用了9位。 标志分两类：状态标志状态标志（6位）位）:反映刚刚完成的操作结果情况。控制标志控制标志（3位）位）:在某些指令操作中起控制作用。20位地址加法器位地址加法器四个段寄存器：四个段寄存器：CS、DS、SS、ESCS管理代码段管理代码段;DS管理数据段管理数据段SS管理堆栈段管理堆栈段;ES管理附加段管理附加段.16位的指令指针寄存器位的指令指针寄存器IP：IP中的内容是下一条指令对现行代码段基
6、地址的偏移量，6字节的指令队列字节的指令队列指令队列共六字节，总线接指令队列共六字节，总线接口部件口部件BIU从内存取指令，从内存取指令，取来的总是放在指令队列中；取来的总是放在指令队列中；执行部件执行部件EU从指令队列取指从指令队列取指令，并执行。令，并执行。 2-1-2、总线接口单元、总线接口单元BIU （Bus Interface Unit） 总线接口单元：控制存储器总线接口单元：控制存储器IO与与CPU的的信息传送。信息传送。 1. 四个段寄存器：四个段寄存器：(CS.DS.SS.SS) 由于由于8086访问内存要访问内存要20位地址位地址(MB），），而而执行单元执行单元EU中所有寄
7、存器和数据通道均为中所有寄存器和数据通道均为16位位，只能提供，只能提供16位地址。位地址。 由四个段寄存器的某个段地址或地址偏移，通过地址加法由四个段寄存器的某个段地址或地址偏移，通过地址加法器，形成器，形成20位物理地址。位物理地址。执行单元中各寄存器均为16位，只能寻址 =64K字节，利用段寄存器，可以扩大寻址空间为 =1MB。段寄存器为信息按特征分段存贮带来方便.存储器可以划分为：程序区、数据区、堆栈区程序区、数据区、堆栈区CS：16位的代码段寄存器，管理程序段位的代码段寄存器，管理程序段DS：16位的数据段寄存器，管理数据段。位的数据段寄存器，管理数据段。ES：16位的扩展段（附加段
8、）寄存器，位的扩展段（附加段）寄存器， 管理扩展段。管理扩展段。SS：16位的堆栈段寄存器，管理堆栈段。位的堆栈段寄存器，管理堆栈段。 2. 16位的指令指针寄存器位的指令指针寄存器IP：IP中的内容是下一条指令对现行代码段基地中的内容是下一条指令对现行代码段基地址的偏移量，与段寄存器址的偏移量，与段寄存器CS的内容相加，形的内容相加，形成取指令的物理地址。成取指令的物理地址。3、20位地址加法器位地址加法器例例：CS=A000H，代码段可寻址的空间？代码段可寻址的空间？ CS左移四位：左移四位： A000 0 H IP的内容：的内容：0000H FFFF H物理地址：物理地址：A0000 H
9、 AFFFF H 4、6字节的指令队列字节的指令队列4指令队列共六字节，总线接口部件指令队列共六字节，总线接口部件BIU从内存从内存取指令，取来的总是放在指令队列中取指令，取来的总是放在指令队列中4执行部件执行部件EU从指令队列取指令，并执行从指令队列取指令，并执行8086执行转移指令时，指令队列怎样变化？执行转移指令时，指令队列怎样变化？ 2-1-3、执行部件、执行部件EU（Excution Unit）1、 四个四个16位数位数1据寄存器：据寄存器： AX、BX、CX、DX，每个每个16位寄存器可作位寄存器可作8位位寄存器。寄存器。 16位位 8位位 8位位 AX AH AL BX BH B
10、L CX CH CL DX DH DL2、 四个专用寄存器个专用寄存器二个指针寄存器二个指针寄存器 SP：堆栈指针，其内容与堆栈段寄存器堆栈指针，其内容与堆栈段寄存器SS的的 内容相加，提供堆栈操作地址。内容相加，提供堆栈操作地址。 BP：基址指针：构成段内偏移地址的一部分基址指针：构成段内偏移地址的一部分.二个变址寄存器二个变址寄存器: SI:（Source Index）：）：SI含有源地址意思含有源地址意思,产产 生有效地址或实际地址的偏移量。生有效地址或实际地址的偏移量。 DI:（Destination Index）：）：DI含有目的意思含有目的意思, 产生有效地址或实际地址的偏移量产生
11、有效地址或实际地址的偏移量。 3、算术逻辑单元、算术逻辑单元ALU： 主要是加法器。大部分指令的执行由加法主要是加法器。大部分指令的执行由加法器完成。器完成。4、 标志寄存器标志寄存器：16位字利用了位字利用了9位位。 标志分两类：标志分两类：4状态标志（状态标志（6位）：反映刚刚完成的操作位）：反映刚刚完成的操作 结果情况。结果情况。4控制标志（控制标志（3位）：在某些指令操作中起位）：在某些指令操作中起 控制作用。控制作用。OFDF IF TFZFAFSFPFCF15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0进位标志进位标志CF: 运算结果有进位运算结果有进位,
12、CF=1,否则否则CF=0;奇偶校验标志奇偶校验标志PF:辅助进位标志辅助进位标志AF:零标志零标志ZF: 结果为零结果为零,ZF=1;否则否则CF=0;符号标志符号标志SF: 与运算结果的最高位相同与运算结果的最高位相同;溢出标志溢出标志OF:跟踪标志跟踪标志TF: CPU按跟踪方式执行指令按跟踪方式执行指令;中断允许标志中断允许标志IF: IF=1,允许可屏蔽中断允许可屏蔽中断; 方向标志方向标志DF:标志位标志位控制位控制位例例1、将两数相加，即、将两数相加，即0100 1100加加 0110 0101，CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值？各为何值？ 0100 1100 + 01
13、10 0101 1011 0001 CF=0，PF=1，AF=1，ZF=0， SF=1， OF=12-1-4、总线接口单元和执行单元的、总线接口单元和执行单元的 动作管理动作管理1、当、当8086的指令队列有两个空字节，的指令队列有两个空字节，BIU 自动取指令到指令队列中；自动取指令到指令队列中；2、执行部件、执行部件EU准备执行一条指令时，它从准备执行一条指令时，它从 BIU的指令队列取指令，然后执行；的指令队列取指令，然后执行； 特别的：当指令要求访问存贮器或 I/O 口时，执行单元EU向总线接口单元BIU发出请求，由BIU通过总线获取存储数据。3、指令队列已满，、指令队列已满，BIU与
14、与EU又无总线请求时又无总线请求时, 总线接口部件进入空闲状态。总线接口部件进入空闲状态。4、执行转移指令、调用指令、返回指令时，执行转移指令、调用指令、返回指令时， BIU自动清除指令队自动清除指令队 列，然后从新地址取列，然后从新地址取 指令，并立即送给指令，并立即送给EU，然后再从新单元开然后再从新单元开 始，从新填满队列机构。始，从新填满队列机构。 传统的计算机的工作？传统的计算机的工作？2-1-2 存储器结构存储器结构一一.存储器的分段存储器的分段8086：20条地址线条地址线,直接访问直接访问1MB的存的存 储空储空间。间。 物理地址为：物理地址为：00000HFFFFFH。20M
15、. 00000 0段段 00010 1段段 段的分配：段的分配： 存储器存储器0150H1CD0H4200HB000H64K代码代码64K堆栈堆栈64K数据数据64K附加附加CSSSDSES0150:0000H0150:FFFFH二、物理地址的产生二、物理地址的产生：16d段地址段地址+偏移地址偏移地址=物理地址物理地址偏移地址偏移地址(16位位) 段基段基 地地 址址(16位位)2 0 位位 物物 理理 地地 址址000016d段地址段地址+偏移地址偏移地址=物理地址物理地址例例1：DS=1000H，IP=501AH 1 0 0 0 0 + 5 0 1 A 1 5 0 1 A 1501AH单
16、元的内容为单元的内容为20H20H12H1501AH例例2 、CS=2000H,最大寻址空间可达多少最大寻址空间可达多少? CS左移四位：左移四位：20000 0H IP的内容：的内容：0 0 0 0FFFF H 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 + 0 0 0 0 + F F F F 2 0 0 0 0 2 F F F F 物理地址：物理地址：2 0 0 0 0 H2 F F F F H 64K例例3、将两数相加，即、将两数相加，即0100 1100加加 0110 0101，CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值？各为何值？ 0100 1100 + 0110 0101 1011 0
17、001 CF=0，PF=1，AF=1，ZF=0， SF=1， OF=1 2-1-4、8086的总线概念的总线概念 时钟周期时钟周期：CPU的基本时间单位。的基本时间单位。 T状态：状态：一个基本时钟周期又称一个基本时钟周期又称T状态。状态。 基本总线周期基本总线周期：4个个T状态状态 T1状态：状态：A19A0上是地址信息，出现上是地址信息，出现ALE信号后，将地址锁存到地址锁存器信号后，将地址锁存到地址锁存器（8282）。）。 T2状态状态：地址信息消失，：地址信息消失，A19-A16从地址从地址信息变为状态信息信息变为状态信息S6-S3。4T3状态状态：AD0AD15上出现数据。上出现数据
18、。4TW状态状态：若存储器式外设的工作速度较：若存储器式外设的工作速度较慢，不能满足基本时序要求，使用一个慢，不能满足基本时序要求，使用一个产生产生READY的电路，以使在的电路，以使在T3状态之后，状态之后，插入一个等待周期插入一个等待周期TW。4T4状态：状态：结束一个总线周期。结束一个总线周期。2-2 8086的引线的引线2-2-1、概念、概念：4最小模式最小模式：系统中只有8086一个微处理器，所有的总线控制信号均为8086产生，系统中的总线控制逻辑电路，减少到最少。4最大模式最大模式：用于大型（中型）8086/8088系统中。系统总是包含有两个或多个微处理器，其中一个主处理器就是80
19、86或8088，其它的处理器称协处理器，协助主处理器工作。协处理器协处理器：4数值运算协处理器数值运算协处理器8087：由硬件实现高精度整数浮点段运算。4 输入输出协处理器输入输出协处理器8089：相当两个DMA通道的处理器。 增加协处理器，不再占用8086时间，大大提高系统的运算速度效率。地址地址/数据线数据线地址地址/数据线数据线非屏蔽中断非屏蔽中断可屏蔽中断可屏蔽中断最小最大模式控制最小最大模式控制MN/MX=1,最小模式最小模式MN/MX=0,最大模式最大模式读信号读信号总线保持请求信号总线保持请求信号总线保持相应信号总线保持相应信号写信号写信号存储器存储器/IO控制信号控制信号M/I
20、O=1,选中存储器选中存储器M/IO=0,选中选中IO接口接口数据发送数据发送/接收信号接收信号DT/R=1,发送发送DT/R=0,接收接收数据允许信号数据允许信号地址允许信号地址允许信号中断相应信号中断相应信号测试信号测试信号:执行执行WAIT指令，指令，CPU处于空转等待处于空转等待; TEST有效时有效时,结束等待状态。结束等待状态。准备好信号准备好信号:表示内存表示内存或或I/O设备准备好，设备准备好，可以进行数据传输。可以进行数据传输。复位信号复位信号 2-2-2、8086引线引线1、MN/MX：最小最小/最大模式控制（输入，最大模式控制（输入，33脚）脚） 接接+5V，最小模式；接
21、地，最大模式。最小模式；接地，最大模式。2、VCC（40脚）：脚）：+5伏电源引出脚伏电源引出脚 GND（1、20脚）：接地引出脚。脚）：接地引出脚。3. AD15-AD0（第第2-16，39脚），双向，三态。脚），双向，三态。 地址地址/数据线：分时复用数据线：分时复用; T1状态：状态：AD15AD0为地址信号；为地址信号； T2、T3、TW、T4状态：数据信号状态：数据信号.4. A19/S6A16/S3（输出，三态，输出，三态，35-38） 地址地址/状态信号状态信号 T1状态：状态： A19A16为地址的高四位，为地址的高四位， T2、T3、TW、T4状态：为状态信号。状态：为状态信
22、号。 S6=0，8086CPU连在总线上；连在总线上； S5：中断允许标志设置：中断允许标志设置： S5=0，允许可屏蔽中断请求允许可屏蔽中断请求 S5=1，禁止可屏蔽中断请求禁止可屏蔽中断请求 S4 S3 0 0 使用使用ES 0 1 使用使用SS 1 0 使用使用CS 1 1 使用使用DS5、BHE/S7（输出，三态，输出，三态，34） T1状态：状态：D15D8有效，有效， T2、T3、TW、T4：为为S7信号，在信号，在8086中无意义。中无意义。 BHE和和A0区分数据格式：区分数据格式： BHE A0 操作操作 数据引脚数据引脚 0 0 从偶地址写一个字从偶地址写一个字 AD15A
23、D0 1 0 从偶地址读从偶地址读/写一个字节写一个字节 A D7AD0 0 1 从奇地址读从奇地址读/写一个字节写一个字节 AD15AD8 0 1 1 0从奇地址读从奇地址读/写一个字写一个字 AD15AD06、NMI：非屏蔽中断非屏蔽中断（输入，输入，17脚）脚） 不受中断允许标志不受中断允许标志IF的影响，不能用软件进行的影响，不能用软件进行屏蔽。屏蔽。7、INTR可屏蔽中断请求（输入，可屏蔽中断请求（输入，18脚）脚） 若若IF=1，CPU将响应中断请求。将响应中断请求。8、RD读信号（输出，读信号（输出，32脚）脚） 将对内存或将对内存或I/O端口进行操作。端口进行操作。9、CLK时
24、钟（输入，时钟（输入，19脚）脚） 要求频率为：要求频率为：8086-2：8MHZ10、TEST：测试信号（输入，第测试信号（输入，第23脚）脚） 执行执行WAIT指令，指令，CPU处于空转等待，当处于空转等待，当 TEST有效时，结束等待状态。有效时，结束等待状态。 11、RESET：复位信号（输入，复位信号（输入，21脚）脚） 标志寄存器、标志寄存器、IP、CS、ES、SS、DS和指和指 令队列清零，令队列清零，CS置为置为FFFFH。12、READY：准备好信号（输入，准备好信号（输入，22脚）脚） 表示内存或表示内存或I/O设备准备好，可以进行数据传输。设备准备好，可以进行数据传输。C
25、PU的启动状态的启动状态（1）、系统开机时，送一个脉冲到复位线。）、系统开机时，送一个脉冲到复位线。（2）、按下）、按下RESET键，送一个脉冲到复位线键，送一个脉冲到复位线 CPU启动后：启动后：4标志寄存器、标志寄存器、IP、CS、ES、SS、DS和指和指 令队列清零令队列清零4CS置为置为FFFFH。2-2-3、最小组态（最小模式、最小组态（最小模式）4当引脚当引脚33（MN/MX）接口接口VCC时，时，24-31引线的功能引线的功能：1. INTA （24）：）：中断响应信号中断响应信号2.ALE（25）：）：地址锁存允许信号地址锁存允许信号。3.DEN（26）：）：数据允许信号，输出
26、，三态。数据允许信号，输出，三态。4.DT/ R（27）：）：输出，三态输出，三态 DT/R=1,数据发送；数据发送； DT/R=0，数据接收数据接收。5.M/IO（28脚）：脚）：输出，三态输出，三态 M/IO=1，对存储器访问；对存储器访问； M/IO=0，对对I/O口访问。口访问。6、WR(输出，输出，29脚脚)：写信号：写信号 WR=0有效，有效，CPU正在对内存或正在对内存或I/O设备设备 进行写操作。进行写操作。 7、HOLD(输入输入31脚脚): 总线保持请求信号总线保持请求信号. HOLD：总线请求信号总线请求信号8、HLDA： 总线保持响应信号总线保持响应信号8086在最小模
27、式下的典型配置：在最小模式下的典型配置：1、MN/MX接接+5V；2、一片一片8284,作为时钟发生器作为时钟发生器;3、三片、三片8282或或74LS373,作地址锁存器作地址锁存器;4、二片二片8286/8287,作总线驱动器作总线驱动器;图2-4 8086在最小模式下的典型配置图2-5 8282锁存器与8086的连接8282锁存器锁存器Fig2-6、 8286与8088的连接Fig2-5 、8282锁存器与8086的连接Fig2-4 8086在最小在最小模式下的典型配置模式下的典型配置2-2-4、最大模式、最大模式MN/MX（33）引线接地时，处于最大组态引线接地时，处于最大组态。1.
28、QS1、QS2（25、24）：）：队列状态信号。队列状态信号。 0 0 无无 操作操作 0 1 取走指令队列第一个字节取走指令队列第一个字节 1 0 队列空队列空 1 1 取走指令队列后续字节代码取走指令队列后续字节代码 2. S2、 S1、 S0 ：输出（输出（28、27、26） 0 0 0 中断响应中断响应 0 0 1 读读I/O口口 0 1 0 写写I/O口口 0 1 1 暂存暂存 1 0 0 取指令取指令 1 0 1 读存储器读存储器 1 1 0 写存储器写存储器 1 1 1 无源状态无源状态3、RQ/GT1、 RQ /GT0（双向，引脚双向，引脚30、 31） 请求请求/允许信号允许
29、信号 可供可供CPU以外的两个处理器发总线请求以外的两个处理器发总线请求/允许信号。允许信号。 RQ/GT0优先级比优先级比RQ/GT1更高。更高。4. LOCK （输出，三态，输出，三态，29） 总线锁定信号，由指令的前缀产生。总线锁定信号，由指令的前缀产生。 最大模式为多处理器系统，共用一条外部最大模式为多处理器系统，共用一条外部总线，需要增加总线控制器，来完成多处理器总线，需要增加总线控制器，来完成多处理器的分时控制。的分时控制。8086在最大模式下的典型配置：在最大模式下的典型配置：1、MN/MX接地接地；2、 一片一片8284，作系统时钟，作系统时钟3、三片、三片8282或或74LS
30、373，作锁存器作锁存器4、二片二片8286/8287，作数据收发器，作数据收发器5、一片、一片8288，作总线控制器，作总线控制器6、一片、一片8259图2-8 8086在最大模式下的典型配置Fig2-8、8086在最大模式下的典型配置最大模式与最小模式的差别：最大模式与最小模式的差别：4最小模式最小模式： MN/MX接+5V，只有8086一个CPU， 控制信号由CPU产生4最大模式最大模式 MN/MX接地，除8086一个主CPU外，还有一个以上协处理器，需要总线控制器来变换和组合控制信号。Fig2-9、8288总线控制器的连接2-3 8086的操作和时序的操作和时序4主要操作主要操作系统复
31、位与启动系统复位与启动暂停暂停总线操作总线操作中断操作中断操作最小模式下的总线保持最小模式下的总线保持最大模式下的总线请求最大模式下的总线请求/允许允许2-3-1、系统复位与启动、系统复位与启动4通过RETSET引腿上的触发信号来执行。 标志寄存器标志寄存器 : 清零清零 指令指针（指令指针（IP）: 0000H CS : FFFFH DS、ES、SS : 0000H 指令队列指令队列 : 空空 其它寄存器其它寄存器 : 0000H 4复位后，第一条指令的地址：复位后，第一条指令的地址：CS左移四位左移四位为为FFFFOH 物理地址为物理地址为 FFFF0+OOOOH（IP中）中） =FFFF
32、OH4一般在一般在FFFFFO中，存放一条段交叉直接中，存放一条段交叉直接JMP指令，转移到系统程序实际开始处。指令，转移到系统程序实际开始处。一、最小方式下的总线读操作一、最小方式下的总线读操作*若使用了发送接受片子若使用了发送接受片子8286，则还应有控制信号，则还应有控制信号DT/R，和和DEN。1、存贮器读周期存贮器读周期发送接收信号发送接收信号DT/R为低（读），在为低（读），在T1-T4状态有效。状态有效。T1状态状态：A19A0上是地址信息，出现上是地址信息，出现ALE信号后，将地址锁存到地址锁存器信号后，将地址锁存到地址锁存器（8282）。）。2-3-2、总线操作、总线操作T2
33、状态状态：地址信息消失，：地址信息消失，A19-A16从地址信从地址信息变为状态信息息变为状态信息S6-S3。 数据允许信号数据允许信号DEN在在T2状态有效。状态有效。T3状态状态：AD0AD15上出现数据。 RD信号有效。RD=0。TW状态状态：特别地：若存储器式外设的工作速：特别地：若存储器式外设的工作速度较慢，不能满足基本时序要求，使用一个度较慢，不能满足基本时序要求，使用一个产生产生READY的电路，以使在的电路，以使在T3状态之后，状态之后，插入一个等待周期插入一个等待周期TW。T4状态状态，CPU采样数据，结束一个总线周期。采样数据，结束一个总线周期。RD存贮器读周期存贮器读周期
34、二、最小模式下的总线写操作二、最小模式下的总线写操作T1状态状态：A19A0上是地址信息，出现上是地址信息，出现ALE信号后，将地信号后，将地址锁存到地址锁存器（址锁存到地址锁存器（8282）。）。 T2状态：状态：地址信息消失，地址信息消失，A19-A16从地址信息变为状态信从地址信息变为状态信息息S6-S3。T3状态状态：AD0AD15上出现数据。上出现数据。 WR信号有效。信号有效。WR=0。TW状态状态：若存储器式外设的工作速度较慢，不能满足基本：若存储器式外设的工作速度较慢，不能满足基本时序要求，使用一个产生时序要求，使用一个产生READY的电路，以使在的电路，以使在T3状状态之后，
35、插入一个等待周期态之后，插入一个等待周期TW。T4状态状态，CPU认为数据已写入存储器或认为数据已写入存储器或IO端口，结束一个端口，结束一个总线周期。总线周期。Fig2-12、最小模式下的总线写操作最小模式下的总线写操作RD三、最大模式下的总线读操作三、最大模式下的总线读操作4读信号RD（低电平有效）4总线控制器由S2、S1、S0产生： 存储器读信号MRDC（低电平） 输入/输出读信号IORC（低电平）T1状态状态： A19A0上是地址信息，总线控上是地址信息，总线控制器输出制器输出ALE信号后，将地址锁存到地址信号后，将地址锁存到地址锁存器（锁存器（8282）。）。T2状态状态：地址信息消
36、失，：地址信息消失，CPU输出状态信息输出状态信息 S2-S0。总线控制器输出总线控制器输出DEN， MRDC或或IORC。T3状态状态：AD0AD15上出现数据。 S2、S1、S0为高电平，总线进入无为高电平，总线进入无 源状态。源状态。 T4状态状态，CPU采样数据，结束一个总线周期。采样数据，结束一个总线周期。图2-13：最大模式下的总线读操作时序最大模式下的总线读操作时序Fig2-13、最大模式下的读操作最大模式下的读操作2-3-3 中断操作和中断系统中断操作和中断系统一、一、8086中断的分类中断的分类 中断系统：处理256种中断，一个中断对应一个类型码，类型码为0255。 两类：软
37、件中断、硬件中断两类：软件中断、硬件中断 非屛蔽中断：由NMI引入 可非屛蔽中断：由INTR引入硬件中断F2-15、8086中断的分类中断的分类 二二、中断向量和中断向量表、中断向量和中断向量表 256个类型的中断源。个类型的中断源。 每个类型存放一个中断向量，每个类型存放一个中断向量， 一个一个中断向量中断向量由四个字节组成：由四个字节组成： 2个高地址字节：存放中断服务程序的代个高地址字节：存放中断服务程序的代码段的段值；码段的段值； 2个低地址字节：存放中断服务程序的偏个低地址字节：存放中断服务程序的偏移地址。移地址。 中断向量表放在内存的中断向量表放在内存的0段段0单元开始的单元单元开
38、始的单元。CS的值：的值：n 4+2IP的值：的值：n 4例：类型号为20H的中断向量放在 0000：0080H开始的4个单元中。0000：080010203040CS=4030HIP=2010H20H号中断向量为：4030：2010H中断向量表中断向量表256个中断个中断： 5个专用中断 保留中断（27个） 共用户定义的中断（224个）例如：21H为DOS系统调用。 INT 21H，09功能：显示字符串。三、硬件中断三、硬件中断 NMI引入非屏蔽中断 INTR引入可屏蔽中断1、NMI非屏蔽中断：非屏蔽中断： CPU立即响应 优先级最高 处理重大事故 非屏蔽中断类型号为：02 H2、可屏蔽中断
39、、可屏蔽中断 （1）、可屏蔽中断：）、可屏蔽中断： 由外设发出的中断由由外设发出的中断由INTR引入，当引入，当 IF=1时，时，CPU将响应这一中断请求。将响应这一中断请求。 IF的清除与设置，可由指令完成。的清除与设置，可由指令完成。 多个中断，中断的优先级怎样管理？多个中断，中断的优先级怎样管理？四、硬件中断响应过程四、硬件中断响应过程1、可屏蔽中断的响应过程：、可屏蔽中断的响应过程：（1）读中断类型码（2）将标志寄存器的值推入堆栈（3）清中断允许标志IF和单步中断TF（4）保护断点，将CS、IP推入堆栈（5）得到中断向量（6）执行中断服务程序 2、非屏蔽中断特点：、非屏蔽中断特点： F
40、ig 2-17、8086对中断的响应3、硬件中断响应周期时序、硬件中断响应周期时序4INTR为高电平时，向为高电平时，向CPU发出中断请发出中断请求；求；4标志位标志位IF=1（开中断），开中断），CPU就会响应就会响应中断。中断。4中断响应要用两个总线周期中断响应要用两个总线周期 第一个中断响应周期第一个中断响应周期 T1状态状态： AD15-AD0浮空；浮空；IF=1 T2、T3状态；给出中断响应信号状态；给出中断响应信号 INTA。第二个中断响应周期第二个中断响应周期；被响应的外设数；被响应的外设数 据线送一个字节的中断矢量类型，据线送一个字节的中断矢量类型， CPU读入后，从中断矢量表
41、上找到读入后，从中断矢量表上找到 服务程序的入口地址。服务程序的入口地址。Fig 2-19 8086的中断响应总线周期2-3-4、最小模式下的总线保持、最小模式下的总线保持4系统有多个总线主模块，CPU以外的其他总线主模块为了获得对总线的控制，需向CPU发出使用总线的请求；4CPU如果同意让出总线，要向其他总线主模块发出应答信号。 HOLD：总线保持请求信号 HLDA：总线保持回答信号2-3-5、最大模式下的总线保持、最大模式下的总线保持总线请求/总线允许信号，双向4RQ/GT04RQ/GT12-4 8086的存储器组织与的存储器组织与 I/O组织组织 2.4 8086存储器组织与存储器组织与
42、I/O组织组织 8086：20条地址线，直接访问条地址线，直接访问1MB的存的存 储空间。储空间。 物理地址为：物理地址为：00000HFFFFFH。20M.一、一、8086的存储器组织的存储器组织00000 0段段00010 1段段 段的分配：段的分配： 存储器存储器0150H1CDOH4200HB000H64K代码代码64K堆栈堆栈64K数据数据64K附加附加CSSSDSES二、物理地址的产生二、物理地址的产生： 16d段地址段地址+偏移地址偏移地址=物理地址物理地址例：例：DS=1000H， 1 0 0 0 0 + 5 0 1 A 1 5 0 1 A 1501AH单元的内容为单元的内容为
43、20H20H12H1501AH三、三、8086CPU的存储器接口的存储器接口： 1MB空间分为两个空间分为两个512KB的存储体：的存储体： 偶地址存储体：连接偶地址存储体：连接D7D0，A0=0 时选通；时选通； 奇地址存储体：连接奇地址存储体：连接D15D8，BHE=0时时 选通。选通。 8086可以传送一个字节，也可以传送二个字可以传送一个字节，也可以传送二个字节。节。SEL A19A1 高8位 512 8 D7D0SEL A19A1 低8位 512 8 D7D0A19A1A0BHED15D8D7D08086与存储器连接与存储器连接四、8086的I/O组织48086允许64K（65535
44、个）个I/O端口；4两个相邻8位端口可组合成一个16位端口；4CPU执行访问I/O端口的指令时，产生有效的RD信号或WR信号，同时，M/IO=0， 通过外部电路组合成对I/O端口的读写信号。2-5 8028680486微处理器微处理器2-5-1 802862-5-1 80286微处理器微处理器48028680286就是增强型就是增强型1616位微处理器，而位微处理器，而386386及及486486是是3232位微处理器。位微处理器。48028680286与与80868086向上兼容，它主要是为满足多用向上兼容，它主要是为满足多用户和多任务系统的需要而设计的，内部设有户和多任务系统的需要而设计的
45、，内部设有存存储管理部件和存储保护机构储管理部件和存储保护机构，能使用四个特权，能使用四个特权层支技操作系统与任务的分离，而且能支持程层支技操作系统与任务的分离，而且能支持程序和数据的保密。序和数据的保密。一一.80286内部结构内部结构80286芯片内部只包含CPU和内存管理部指令部件（指令部件（IUIU）总线部件（总线部件（BUBU）地址部件（地址部件（AUAU）和执行部件（和执行部件（EUEU） 它把8086中的总线接口部件分成了总线部件、地址部件和指令部件三部分，这样可增加它们的并行操作程度，有效地加快系统的处理速度二二.80286的特点的特点 68脚.独立的24条地址线,16条数据线
46、.4具有具有1616位系统总线，内部完成位系统总线，内部完成1616位的运算，仍位的运算，仍属于典型的属于典型的1616位微处理器。位微处理器。48028680286具有很大的存储空间，能支持虚拟存储具有很大的存储空间，能支持虚拟存储体系，体系，能以能以实地址和保护虚地址实地址和保护虚地址两种不同的方两种不同的方式运行。式运行。4寄存器组寄存器组: :通用寄存器通用寄存器, ,段寄存器与段寄存器与80868086一样一样, ,4标志寄存器标志寄存器: :增加增加2 2个标志个标志(3(3位位):): I/OI/O特权标志特权标志: :IOPL(D13,D12)IOPL(D13,D12) 嵌套标
47、志嵌套标志: :NT(D14)NT(D14)4增加机器状态字增加机器状态字MSWMSW三三.80286的存储管理部件的存储管理部件1.802861.80286的实地址方式的实地址方式4在实地址方式在实地址方式,80286,80286与与80868086目标地址兼容，可目标地址兼容，可寻寻址址IMIM字节字节的存储空间。的存储空间。48028680286相当于一个快速的相当于一个快速的8086;8086;4中断与中断与80868086时一样时一样, ,最多允许最多允许256256个中断向量个中断向量2.802862.80286的保护虚地址方式的保护虚地址方式 80286 80286的保护虚地址方
48、式是的保护虚地址方式是8028680286的特色的特色. . 可满足多用户多任务系统的要求可满足多用户多任务系统的要求. . 特点特点: :存储管理存储管理/ /特权与保护特权与保护4直接寻址的实存空间扩大为直接寻址的实存空间扩大为1616M M字节字节（2 22424) )，48028680286在保护虚地址方式下在保护虚地址方式下, 80286, 80286的最大的最大虚存空间虚存空间10001000M.M.4最多允许最多允许256256个中断个中断, ,使用中断描述符表使用中断描述符表IDTIDT3.3.存储器管理存储器管理: :4采用采用3232位虚地址指示器寻址位虚地址指示器寻址,
49、,包含包含1616位偏位偏移地址移地址,16,16位段选择字位段选择字. .4描述符表描述符表: :全局描述符全局描述符GDTGDT 局部描述符局部描述符LDTLDT 中断描述符中断描述符IDT IDT 4段选择字段选择字: :提供描述符偏移地址提供描述符偏移地址(13(13位位) ) 可寻址可寻址213=8213=8K K个描述符个描述符 GDTGDT与与LDTLDT共包含共包含1616K,K, 每个描述符可定义每个描述符可定义6464K K逻辑段逻辑段 48028680286的最大虚存空间的最大虚存空间:16:16K K 64K=64K=1024M1024M字节。字节。4最多允许最多允许2
50、56256个中断个中断, ,因此因此, ,中断描述符只有中断描述符只有256256个个描述符偏移地址描述符偏移地址 TI RPL15 3 2 1 000:0级级01:1级级10:2级级11:3级级0:GDT1:LDT2-5-2 80386微处理器微处理器与8086/80286兼容,地址线32位,数据线32位,一一.主要性能主要性能:1.灵活的灵活的32位微处理器位微处理器:4 8位位,16位位,32位数据类型位数据类型4 8个通用寄存器个通用寄存器2.较大的存储空间较大的存储空间4 4000MB物理空间物理空间4 64GB(64000MB)虚拟空间虚拟空间4 存储器的分段结构存储器的分段结构,
51、一个段可达一个段可达4GB3.集成的存储管理部件集成的存储管理部件4支持虚拟存储器4可选择的片内分页机构4与80286完全兼容4.目标码与目标码与8086完全兼容完全兼容5.片内高速缓冲存储器片内高速缓冲存储器6.指令流水线结构指令流水线结构7.时钟时钟12MHZ/16MHZ8.完整的系统开发支持工具完整的系统开发支持工具4 软件:C.P/LM4 汇编生成工具4.二二.80386的寄存器结构的寄存器结构寄存器寄存器:7类类,32个寄存器个寄存器,包括全部包括全部8086,80186,80286的全部寄存器的全部寄存器4 8个个32通用寄存器通用寄存器 EAX,EBX,ECX,EDX,ESI,E
52、DI,EBP,ESP 6个段寄存器个段寄存器,段描述符寄存器段描述符寄存器6个个4指令指针指令指针:EIP(32位位)4标志寄存器标志寄存器:32位位,比比80286增加增加2个标志个标志(2位位)4控制寄存器控制寄存器3个个(操作系统用操作系统用)4系统地址寄存器系统地址寄存器4个个4调试寄存器调试寄存器6个和测试寄存器个和测试寄存器2个个三三.80386的工作方式的工作方式1.80386的存储器的实地址方式的存储器的实地址方式4 80386复位复位,处于实地址方式处于实地址方式4 寻址空间寻址空间1MB,4 中断向量表区中断向量表区:00000003FFH,256个中断向量个中断向量2.8
53、0386的存储器的虚拟保护方式的存储器的虚拟保护方式4实存空间实存空间:232=4000MB4虚存空间虚存空间:64MMB=64GB4中断描述符表中断描述符表IDT协助中断响应和处理协助中断响应和处理,256个个4 43.虚拟虚拟8086方式方式 在保护方式在保护方式:软件可切换进入虚拟的软件可切换进入虚拟的8086方方式式,运行运行8086程序程序,同时可以运行同时可以运行80386的操作的操作系统系统.4 在虚拟在虚拟8086方式方式, 80286可模拟多个可模拟多个8086处处理器理器,使使DOS程序能在保护方式下程序能在保护方式下,作为其中的作为其中的一个任务运行一个任务运行.三三.8
54、0386的指令系统的指令系统 将原有将原有16位机的指令位机的指令进行扩展进行扩展, 新增加指令新增加指令:4条件设置指令条件设置指令:1条条4位处理指令位处理指令:16条条4支持高级语言的指令支持高级语言的指令:3条条4系统设置和测试系统设置和测试:11条条4特权指令特权指令:6条条4中断指令中断指令:IRETD2-5-3 80486微处理器微处理器 1990年年,推出与推出与80386完全兼容的完全兼容的80486CPU,只对只对80386的底层作了改进的底层作了改进.把把80386和浮点运和浮点运算协处理器算协处理器80387及及8KB超高速缓存集成在一超高速缓存集成在一个芯片上个芯片上
55、.168条引线，条引线，32条地址线，条地址线，32条数据线条数据线32位微处理器位微处理器一一. 32位的位的CPU,其性能其性能:480486是首次采用是首次采用RISC技术的微处理器技术的微处理器, 一条指令一条指令/时钟周期时钟周期480486可以模拟多个可以模拟多个80286实现多任务功能实现多任务功能4多处理器支持多处理器支持4具有多处理器指令具有多处理器指令/超高速缓存器超高速缓存器/4增加了增加了6条新指令条新指令4标志寄存器标志寄存器:增加增加1位位4控制寄存器控制寄存器:增加增加2位位4增加页面保护增加页面保护,增加机内自测试增加机内自测试4预取指令队列增加到预取指令队列增
56、加到32字节字节二二.80486指令系统指令系统:4 实际上实际上,80486/Pentium的指令在功能上的指令在功能上,格式格式,使用方法上使用方法上,和和80386指令系统完全指令系统完全相同相同.4在速度上依次提高在速度上依次提高4-5-4 Pentium1993推出,技术特点:32位数据线,32位地址线4超标流水线(多条指令流水线)4内部采用2个独立的8KB高速缓存器,可同时被访问4Pentium内部数据线32位,但与内存交换数据的外部数据总线为64位,提高传输速度4常用指令用硬件实现,提高指令执行速度4功耗大,15w思考题思考题:41。8080、80286、80386、80486地
57、址线分别为地址线分别为多少条？数据线多少条？多少条？数据线多少条？42。8086 、80286、80386、80486允许的中断为允许的中断为多少个？多少个？43。80286、80386、80486在实地址方式下，寻在实地址方式下，寻址空间为多少？中断向量入口地址怎样计算？址空间为多少？中断向量入口地址怎样计算？44。80286在保护的虚地址方式下，寻址的实存在保护的虚地址方式下，寻址的实存空间？虚拟存储空间？空间？虚拟存储空间？45。80386在保护的虚地址方式下，寻址的实存在保护的虚地址方式下，寻址的实存空间？虚拟存储空间？空间？虚拟存储空间？第二章第二章 小结小结一、一、8086CPU内
58、部结构内部结构 （一）总线接口单元（一）总线接口单元BIV： 功能：控制存储器与功能：控制存储器与I/O端口与端口与CPU交交 换信息。换信息。 1.段寄存器段寄存器：CS（代码段）代码段） DS（数据段）数据段） ES（附加段）附加段） SS（堆栈段）堆栈段） CS控制程序区控制程序区 DS控制数据区控制数据区 ES控制堆栈区控制堆栈区 SS控制堆栈区控制堆栈区 2. 16位指令指针寄存器位指令指针寄存器IP IP：其中存放的是下一条指令的地址偏其中存放的是下一条指令的地址偏 移量。移量。 将将CS左移四位左移四位+IP内容内容实际物理地址。实际物理地址。（二）执行单元二）执行单元EU16位
59、数据寄存器位数据寄存器 :AX、BX、CX、DX16位堆栈指针寄存器位堆栈指针寄存器 :SP（存放的是堆栈操作存放的是堆栈操作地址偏移量）地址偏移量）16位基址寄存器位基址寄存器BP：构成偏移地址的一部分构成偏移地址的一部分.16位变址寄存器：位变址寄存器：SI：担任源地址，目的地址担任源地址，目的地址 的偏移量的偏移量.16位变址寄存器：位变址寄存器：DI：担任源地址，目的地址担任源地址，目的地址 的偏移量的偏移量. 算述逻辑单元算述逻辑单元ALU 状态标志寄存器状态标志寄存器二、二、8086的引脚的引脚 最小模式最小模式 MN/MX为高电平，接为高电平，接VCC 最大模式最大模式 MN/M
60、X接地接地三、8086CPU的时序四、复位四、复位第二章第二章 习习 题题2.1、CPU执行转移指令时，指令队列执行转移指令时，指令队列寄存器内容如何变化？寄存器内容如何变化？2.2、将两数相加，即、将两数相加，即0100 1100加加 0110 0101，CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值？各为何值？ 0100 1100 + 0110 0101 1011 0001 CF=0，PF=1，AF=1，ZF=0， SF=1， OF=12.32.3、对存储器和、对存储器和I/OI/O设备读写时，要用到设备读写时，要用到IORIOR、IOWIOW、MRMR、MWMW信号，这些信号在最信号，这些信
61、号在最大模式和最小模式时，怎样得到？画出大模式和最小模式时，怎样得到？画出电路图。电路图。2.42.4、CPUCPU启动时，有哪些特征？启动时，有哪些特征？2.52.5、80868086怎样解决地址线和数据线的分时怎样解决地址线和数据线的分时复用问题？复用问题？ 2.6、系统复位时，执行的第一条指令的系统复位时，执行的第一条指令的 物理地址？物理地址？2.7、8086最小模式与最大模式的区别。最小模式与最大模式的区别。2.8、画出最小模式下的读操作时序。、画出最小模式下的读操作时序。2.9、什么是中断向量？、什么是中断向量？2.10、可屏蔽中断响应的过程。、可屏蔽中断响应的过程。2.11、8086系统存储器存放如下信息，读系统存储器存放如下信息，读12000H 单元的一个字，写出该字内容。单元的一个字，写出该字内容。 12000H 12001H 12003H 为为D302H0 2D351A62.12、8086系统中，存储器的物理地址由哪两部系统中，存储器的物理地址由哪两部分组成？每一个段和存储器间有何对应要求？分组成？每一个段和存储器间有何对应要求？2.13、将两数相加，即、将两数相加，即0100 1100加加 0110 0101，CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值？各为何值？
